俄歇电子能谱（Auger Electron Spectroscopy, AES）作为一种高度灵敏的表面分析技术，广泛应用于材料科学、半导体工业及化学工程等领域，用于研究固体表面的化学组成及元素分布。ULVAC-PHI公司匠心打造的PHI 710扫描俄歇纳米探针系统，采用同轴筒镜式电子能量分析器的尖端设计，实现对纳米表面特征、薄膜结构和表面污染物成分全面表征和二次电子成像同步观测。

整个AES系统需要在超高真空（UHV）环境下运行，既可以减少电子束与残留气体分子的相互作用，又可以避免样品在测试过程中遭受污染。真空系统包括机械泵、分子泵、离子泵和钛升华泵等设备，用于维持系统的超高真空状态。肖特基场发射电子源特别配备了独立的离子泵抽气系统以延长发射源寿命。

同轴筒镜式电子能量分析器（Cylindrical Mirror Electron Energy Analyzer，简称CMA），作为AES系统的一个核心部件，用于收集和分析从样品表面激发出的俄歇电子。CMA通过静电场和磁场的组合作用，实现对俄歇电子进行能量色散和聚焦，最终将不同能量的电子按能量顺序投射到检测器上，形成俄歇电子能谱图。相较于传统的半球型能量分析器（Spherical Capsule Analyzer，简称SCA），CMA具有独特的优势和特点，特别是在俄歇电子的收集效率和避免阴影效应方面。如图3所示，CMA的设计使能量分析器能够360°无死角地接收样品表面飞出的俄歇电子。这意味着无论样品的形状如何复杂，或者样品表面是否倾斜，CMA都能够有效地收集和分析从样品表面逸出的俄歇电子。

图3. PHI 710同轴筒镜式电子能量分析器示意图。

这种同轴几何结构设计大大提高了俄歇电子的收集效率，使得俄歇的灵敏度在很宽的发射角范围内保持不变，从而增强了AES分析的准确性和可靠性。尤为值得一提的是，样品复杂的形状或特殊表面特征可能导致阴影效应，进而干扰电子的收集和分析。然而，CMA的设计使得它能够避免这种阴影效应，从而确保分析的可靠性和稳定性。

图4. 不同发射角下CMA和SCA俄歇灵敏度比较。

图5直观展示了CMA和SCA在工作原理和成像对比方面的差异。可以看到，SCA分析器因其电子源和分析器非同轴构造特征，不可避免地遭遇了显著的阴影效应。在对Ni球这类典型样品进行分析时，阴影效应如同一道屏障，导致图像中出现了明显的暗区或信息缺失。相比之下，CMA分析器以其同轴几何设计的独特优势，在相同条件下对Ni球进行分析时，展现出了卓越的成像质量：图像清晰无阴影，细腻地捕捉到了样品表面的每一个细节，准确无误地反映了样品的真实信息。这一对比不仅彰显了CMA在避免阴影效应方面的卓越能力，也进一步印证了其在提升AES分析准确性与可靠性方面的巨大潜力。

图5. CMA与SCA能量分析器工作原理及成像对比。